你敢用活体乐器吗？科学家把蝉制成了扬声器，它们还演奏出了《卡农》

作者：光明网-刘雪洁来源：把科学带回家发布时间：2025-05-15

当土壤深处的温度渐渐升高，沉睡了许久的蝉也即将结束地下生活，破土而出，带来铺天盖地的蝉鸣声，宣告夏天的来临。如果你漫步在日本筑波大学周围的树林里，你可能会听到蝉鸣中还夹杂着一段熟悉的旋律——帕赫贝尔的《卡农》，没有人在树林里放了扬声器，这首歌竟然是从蝉体内发出的！

请输入图片描述

图源网络

雄蝉用一对类似鼓的器官——鼓膜（tymbals）发出标志性的响亮声音。当特定肌肉高速收缩时，带动鼓膜剧烈振动，如同摇滚乐手疯狂击打架子鼓，从而发出咔哒声。蝉的腹部还有个共鸣室，能像小提琴琴身一样放大这些声音，声音最远能传到几十米开外——相当于把人类呐喊声放大到飞机起飞的音量。

利用这个自然机制，东京大学的生物学家西田直人（Naoto Nishida）近期做了一件略带超现实主义色彩的事情：他把蝉变成了活体乐器。研究团队从众多品种中，找到了一种体形巨大，鼓膜附近的肌肉相对较少，更容易实现效果的蝉——日本油蝉（Graptopsaltria nigrofuscata）。

请输入图片描述

油蝉广泛分布于东亚地区，包括日本、朝鲜半岛和中国，通常长55～60毫米，翼展约75毫米。｜池田正樹 - Own work, CC BY-SA 3.0‍

西田直人和同事们将电极插入了蝉用来发声的鼓膜中，通过发送经过校准的电脉冲（从0到1伏），从而制造出昆虫-计算机混合扬声器。在蝉前方1厘米处的麦克风，会记录下它们在电刺激下发出的鸣叫声，与此同时，电路测试仪能测量流过蝉体表的电压。研究人员尝试了不同的电压，以确定产生每个音程的最佳电压，并绘制了波形图。

经过反复试验，研究团队发现不同蝉发出的声音范围各有不同：有些蝉能发出高音调的声音，比如261.6赫兹的高音C；有些则能发出低音调的声音，比如27.5赫兹的低音A。虽然不算是歌唱大师，但考虑到是电控昆虫，这已经是一项了不起的成就。

机器人昆虫听上去像是科幻小说，其实，自20世纪90年代以来，科学家们就对机器人昆虫产生了浓厚的兴趣。当时，研究人员就开始将微型电极植入蟑螂的触角，并对其进行电击以控制其运动。他们的想法是将它们用作搜索和救援用途的混合机器人。我们曾经就写过一篇用“意念控制”，诱导果蝇行动的僵尸大军。

蟑螂是受人讨厌的生物，但它们的生理构造使其成为这类工作的理想之选。它们行动敏捷、体态轻盈，能够穿越复杂的地形，甚至比最先进的仿生机器人表现更佳。再配上先进的电子系统，蟑螂就能被精确远程控制，甚至调整速度。

请输入图片描述

图源南洋理工大学

例如，2021年，新加坡南洋理工大学的科学家们将马达加斯加嘶嘶蟑螂改造成了机器人。每只机械蟑螂都配备了一个轻便的“背包”，“背包”内装有一块主控制板、一个无线通信模块和一块小型可充电锂电池。“背包”会向昆虫的神经肌肉部位输出电信号，指导其运动。在实验室模拟的灾难场景中，通过施加电流，他们成功操控蟑螂的概率高达94%。

2025年3月28日缅甸大地震，新加坡救援队带去的除了80个队员、4条搜救犬，还有10只半机械蟑螂，它们参与了两次搜救行动，是世界首次机械生物参与到真正的救援行动。

西田直人也在他的论文中提出：“我们研究的蝉扬声器同样可用于地震等紧急情况。比如在建筑物倒塌或电力有限、基础设施受损的灾区，不需要额外加装扬声器或电池的飞行昆虫能帮助传递警报声音。”

参考资料：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Graptopsaltria_nigrofuscata

[2]https://arxiv.org/abs/2504.16459

[3]https://www.zmescience.com/future/a-factory-for-cyborg-insects-researchers-unveil-mass-production-of-robo-roaches/